Um sistema termodinâmico é uma parte do universo físico com um limite específico para observação. Esse limite pode ser definido por muros reais ou imaginários.
Um sistema contém o que é chamado de objeto de estudo. Um objeto de estudo é uma substância com um grande número de moléculas ou átomos. Este objeto é formado por um volume geométrico de dimensões macroscópicas submetido a condições experimentais controladas.
Um sistema termodinâmico pode sofrer transformações internas e trocar energia e/ou matéria com o ambiente externo.
Definição: O que é um sistema termodinâmico?
Um sistema termodinâmico é definido como uma quantidade de matéria ou uma região no espaço na qual a atenção é focada na análise de um problema.
Tudo o que faz parte do exterior do sistema é chamado de ambiente ou arredores. O sistema é separado do ambiente pelo limite do sistema.
O limite pode ser fixo ou móvel. Um sistema e seu entorno juntos.
Classificação de sistemas termodinâmicos
Na termodinâmica, os sistemas podem ser classificados em três categorias principais de acordo com sua capacidade de trocar matéria e energia com o ambiente:
Sistema aberto
Um sistema é considerado aberto quando permite a troca de matéria e energia com seu ambiente através de seus limites. A transferência de energia pode ocorrer na forma de calor, trabalho ou outras manifestações energéticas.
Exemplo: Uma piscina cheia de água é um sistema aberto, pois a água pode entrar e sair, e a temperatura da água pode variar devido a fatores como aquecimento ou ação do vento, o que pode causar resfriamento evaporativo.
Sistema fechado
Um sistema fechado é aquele que permite a troca de energia com o ambiente através de sua fronteira (seja na forma de calor, trabalho ou outras formas de energia), mas não permite a transferência de massa.
Exemplo: Um cilindro com gás selado por uma válvula é um sistema fechado enquanto a válvula permanecer fechada, pois ele pode ser aquecido ou resfriado sem perder massa. Entretanto, se a válvula for aberta, o gás pode escapar e o sistema ficará aberto.
Sistema isolado
Um sistema isolado atende a duas condições fundamentais:
- Não troca matéria com o ambiente.
- Não troca energia com o ambiente.
Exemplo: O universo é geralmente considerado um sistema isolado, já que não há evidências de troca de matéria ou energia com qualquer coisa fora dele.
Subdivisões adicionais de sistemas termodinâmicos
Como os sistemas podem apresentar grande complexidade interna, é possível subdividi-los em subsistemas menores de acordo com diferentes critérios.
De acordo com sua composição interna:
- Sistema termodinâmico simples: É delimitado por uma única fronteira e não contém subdivisões internas.
- Sistema termodinâmico composto: Contém dentro de seus limites um ou mais subsistemas separados por limites internos.
De acordo com sua homogeneidade:
- Sistemas homogêneos: Apresentam propriedades macroscópicas uniformes em toda a sua extensão.
- Sistemas heterogêneos: Apresentam variações em suas propriedades macroscópicas em diferentes regiões. Um exemplo de sistema heterogêneo é um líquido em equilíbrio com seu vapor.
Características dos sistemas termodinâmicos
Os sistemas termodinâmicos apresentam diversas características que determinam seu comportamento e as leis que os regem:
- Limites do sistema : podem ser reais ou imaginários e determinam os limites do sistema. Esses limites podem ser rígidos ou móveis, dependendo do tipo de sistema.
- Troca de matéria e energia : Dependendo do tipo de sistema, pode ou não haver transferência de massa e energia com o ambiente. Sistemas abertos permitem ambas as trocas, sistemas fechados apenas energia e sistemas isolados nenhuma.
- Estados e equilíbrio : Um sistema pode ser descrito por variáveis termodinâmicas como temperatura, pressão e volume. Um sistema em equilíbrio não experimenta mudanças líquidas nessas variáveis.
- Processos termodinâmicos : São as transformações pelas quais um sistema passa devido à interação com o ambiente, como expansão, compressão e transferência de calor.
- Leis da termodinâmica : Os sistemas obedecem a princípios fundamentais, como a conservação de energia e a tendência ao equilíbrio.